华北地区潜流人工湿地运行方案探讨

通过3年的植物试验、覆盖度试验、水力负荷试验、水力停留时间试验,基于层次分析法确定各水质指标值所占权重,对华北地区潜流人工湿地系统运行方案进行了研究,以期最大限度获得潜流人工湿地生态系统水质净化能力,实现湿地生态系统的可持续利用。得出常温运行期、低温运行期和过渡期的较优方案,可供中国北方地区潜流人工湿地设计时参考。     

WRSIS系统的初步改进设计及试验效果分析

考虑到国内外农田排水条件差异,选择江苏省南京市高淳灌区为试验区,对WRSIS系统的主要结构———湿地、灌排系统及水塘进行了初步改进设计。利用改进WRSIS系统进行试验观测,分析评价了改进系统在增产、节水、减污等方面的效果,并给出了有针对性的建议。     

黑曲霉、荧光假单胞菌去除污水中重金属试验研究

将黑曲霉和荧光假单胞菌引入到传统的卡鲁塞尔氧化沟工艺模型中,参照规范中氧化沟的水力停留时间,分别选取12、16、20、24、28、32和36 h水力停留时间进行试验,研究了不同水力停留时间2种菌种对重金属Cd、Cr、Pb和Cu的吸附降解规律.对水力停留时间为36 h进行了接种对比试验研究.研究发现接种2种菌种后,当水力...     

基于系统动力学的平原河网型灌区多尺度下灌溉用水量计算方法研究

以嘉兴市长水塘灌区为研究对象,建立基于系统动力学的灌区水循环过程模拟模型,并引入灌片灌溉水回归系数,应用于灌区灌溉回归水重复利用量模拟分析以及多尺度下灌溉用水量计算。结果表明：通过对模型的率定与验证,模拟得到典型泵站模拟水量与实测值基本吻合,相对差绝对值均在15%以内,模拟得到的灌区河网水位变化趋势与实测过程基本一致。模型能够较好的反映灌区水量转化过程,能够为灌区灌溉用水量统计工作提供支撑。     

宁夏引黄灌区湖泊湿地生态需水量计算

在收集相关资料的基础上,对宁夏引黄灌区的湖泊湿地生态需水量进行了计算。结果表明,在现状条件下,平水年份(降水频率50%)灌区湖泊湿地生态需水量为4.29亿m3,枯水年份(降水频率75%)灌区湖泊湿地生态需水量为4.83亿m3。     

基于PIV的循环式生物絮团系统涡旋分离器内流场研究

为分析循环式生物絮团系统涡旋分离器的内流场特性,基于非接触式流场测试PIV (Particle image velocimetry)技术对试验规模涡旋分离器内流场进行测量,分析了该涡旋分离器在不同水力停留时间工况下(248、83、49 s)涡旋分离器内部流场的合速度、分速度和涡量等分布情况。结果表明:不同水力停留时间条件下,涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋,同时随着水力停留时间的加快,中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同,仅在筒壁附近产生小的二次流,同时沉积仓内的颗粒速度方向趋于一致;虽然水力停留时间加快,但轴向和径向的合速度变化不大,且不同速度占据的比例基本相同;不同工况下顺时针和逆时针涡量基本相同,且水力停留时间越慢,流场的涡量相对越小,并随着水力停留时间加快涡量分布趋向均匀,即高涡量区域逐渐增加; PIV试验由于激光能量一定,其穿透能力有限,因此,对于复杂结构的PIV试验所获得的结果有待改进。     

水力停留时间对牛粪两相厌氧发酵特性的影响

研究了不同水力停留时间(HRT)对两相厌氧发酵产酸和产气特性的影响,结果表明:产酸相的最佳水力停留时间为3 d,挥发酸总量最高为1 3701.67mg/L,乙酸和丁酸之和的百分含量在80%以上,属于丁酸型发酵类型;产甲烷相的最佳水力停留时间为6d;37d的累积产气量为926.51 L,甲烷百分含量达到73%左右;对于连续补料发酵,在产酸相和产甲烷相反应器有效容积相同的情况下,产酸罐和产甲烷罐的个数比为1:2。     

不同湿地植物系统对农田排水氮磷净化效果试验研究

为分析不同湿地植物对农田排水中氮磷的去除效果,以杂草和空白为对照,选取莲藕、白莲、藜蒿、茭白、水芹菜、菖蒲、水蕹等7种常见水生植物进行原位试验研究。结果表明,种植植物的湿地对TN、TP去除效果均好于无植物湿地,水力停留时间为9d时,与空白对照相比,种植植物的湿地的TN和TP去除率分别提高10.0%～34.9%和8.7%～18.4%,其中,莲藕、白莲、菖蒲、杂草等生物量较大的植物对TN、TP的净化效果优于其他植物。7种植物中,白莲和菖蒲TN去除性能较好,其TN去除率分别比空白对照提高33.4%和34.9%。综合分析,白莲、莲藕、菖蒲可以作为鄱阳湖流域净化农田排水的备选植物。     

浮箱分离式水力自动控制闸门的研制及其应用

韶山灌区在工程续建配套中,为解决总干渠末端南、北干渠分水枢纽处兴利和保安的矛盾,灌区专业技术人员以自行研制的浮箱分离式水力自控闸门改造原泄洪闸。通过实践运用,这种浮箱分离式水力自动控制闸门具有安全可靠,经济实用等特点,为水利工程管理部门解决同类型的工程问题提供一种思路和依据。     

农村有机生活垃圾沼气发酵工艺优化及菌群分析

为了解沼气发酵对农村有机生活垃圾中细菌菌群的影响,从两个正在稳定运行的20 L反应器中选取两个水力停留时间(15 d,20 d)进行实验。实验结果表明,农村有机生活垃圾在两个水力停留时间内,沼气产量随水力停留时间的缩短而提高;沼气中甲烷成分均大于50%,粒径大的反应器中沼气甲烷成分要高于粒径小的反应器;在所选4批次的原料中,存在的病原菌为Enterobacter和Enterococcus,未发现Salmonella,Shigella Castellani及Staphylococcus Aureus,随着沼气发酵的进行,原料中腐败性细菌减少,发酵性细菌增加。     

遥控喷杆喷雾机设计与试验

针对大田蔬菜种植病虫害防治需求,利用高地隙四轮转向液压底盘,设计一种遥控喷杆喷雾机。采用PID控制算法设计液压驱动系统和变量施药系统。液压驱动系统通过对比实时采集的实际车速和轮速计算各轮滑转率,以理想滑转率为控制目标进行实时动力分配;变量施药系统根据实时采集的实际车速和预设的目标单位面积施药量换算目标流量,以目标流量为控制目标进行实时喷雾流量调节。在韭菜田进行不同车速下的性能考核试验,结果表明：滑转率最大的车轮为左前轮,滑转率均值为6.14%,能稳定在理想滑转率范围内;滑转率最小的左后轮是轮上载荷最大的车轮,滑转率均值为0.76%,显著小于其他车轮;喷雾作业雾滴沉积率均值为93.4%,变异系数为21.6%,变量施药系统随速调节功能良好,但作业质量随着车速增加而略有下降。该喷雾机可为大田蔬菜种植智能化植保机械的研制提供参考。     

多孔介质水分运动的随机数值分析

采用van Genuchten-Mualem模型描述非饱和水力传导度和水分特征曲线,将模型中的3个参数作为随机场处理,联合运用Karhunen-Loeve展开和摄动方法,得到饱和非饱和水流的一个随机数值模型。应用该模型分析了介质随机参数的空间变异性对水头分布的影响,结果表明,水头标准差对介质参数的敏感程度由大到小依次为非饱和参数n、β、饱和水力传导度Ks,饱和带水头分布的变异性较非饱和带小。     

明渠输水运行的步进式自动控制方法及应用

根据渠道输水的实际运行特点,提出了步进式PID渠道输水控制模型。在步进式PID渠道输水控制过程中,目标水位不是一次设定的静态水位,而是动态的,多次使输入指令一步一步的逼近所要求的最终目标水位,步进PID将使渠道输水更稳定,且响应速度可控制,有简单实用、可控性强的特点。仿真结果表明,较常规PID,步进式PID控制渠道输水,水位波动小,超调量小,较适合明渠输水控制的实际运行情况。     

田间土壤水分特征曲线的标定和Kriging估值研究

对田间同深度土壤水分特征曲线进行了标定，探讨了其标定系数的半方差特征,并对其标定系数进行了Kriging估值。研究表明，田间同深度不同点的土壤水分特征曲线存在显著的空间变异性, 通过确定不同点的标定系数可以将田间不同点的土壤水分特征曲线用一个统一的曲线来表达,同时田间同深度不同点的标定系数存在显著空间相关性,利用 Kriging估值方法可对其标定系数进行最优估值,用较少点的实测土壤水分特征曲线确定整个田块的土壤水分特征曲线的空间分布。     

热泵空调机组水循环流动特性的试验研究

针对现有热泵机组空调系统能耗高,舒适度低的问题,提出了由多孔介质柠檬酸钾-石膏配制而成的毛细吸液芯辐射冷却顶板,在用水作冷却介质时毛细吸液芯辐射冷却顶板就成了一块内含多孔介质的均布流道.对毛细吸液芯辐射冷却顶板和传统的蛇形辐射换热盘管内部阻力进行了试验研究,在流量为4～40 L/h变化时,比较分析了毛细吸液芯辐射冷却顶板和传统的蛇形辐射换热盘管的阻力,并利用ICP-Optional Emission Spectrometer对循环水在毛细吸液芯辐射冷却顶板内部运行1 200 h的钙离子质量浓度进行了测试.试验结果表明：当流量小于17 L/h时,毛细吸液芯多孔介质的渗透率较低,导致流体在辐射板中流动时阻力损失较大;当流量大于17 L/h时,流体在辐射板中流动时的摩擦因子较小,在辐射板中由惯性力引起扰动造成的阻力损失小于蛇形管中的扰动损失,多孔介质对水的渗透率较大,导致流体在辐射板中流动时阻力小于蛇形管中流动阻力;钙离子质量浓度在运行360 h之后趋于稳定,能够满足循环水在热泵机组中的长期使用.     

Hydro-physical characteristics of selected media used for containerized agriculture systems

Containerized plant production represents an extremely intensive agricultural practice with large amounts of moisture and fertilizer application. Hydro-physical characteristics such as water infiltration, texture and structure, particle size distribution affect the quality of the media used in containerized agricultural systems and the water availability to plants. Water retention characteristics depend on particle size distribution as well as the composition of the media used. Materials with coarser particles allow faster percolation of water and also retain relatively higher amounts moisture per unit weight due to higher porosity, while draining faster due to smaller surface area per unit weight. Faster drainage can result into airflow through coarser materials causing the media to dry. The objectives of this study were to characterize the selected hydro-physical properties of plant growth media that are commonly used by nurseries in South Florida. Characterization of the plant growing media can allow modeling of soil-water interactions and development of best management practices for more efficient use of water and agrochemicals by nurseries. Experimental analyses were performed to characterize the plant growth mixtures in terms of particle size distribution and hydraulic conductivity using three different methods (i.e., constant head permeability, falling head permeability test, and tension infiltrometer test). The saturated hydraulic conductivity of the mixtures measured by constant head method ranged from 0.029 to 0.042 cm/s (104-151 cm/h) and by falling head method ranged from 0.078 to 0.112 cm/s (281-403 cm/h). The saturated hydraulic conductivity of the mixtures measured by tension infiltrometer ranged from 0.02 to 0.34 cm/h. Understanding water retention and permeation characteristics of the plant growing media could assist development of best management practices (BMP) for containerized agricultural systems for efficient management of irrigation water and agrochemical use.     

基于单神经元PID的变量喷雾系统精准控制方法研究

针对现存农用无人机变量喷雾系统响应时间较长、超调量较大、跟随效果不稳定等问题,设计一种基于单神经元PID控制的农用无人机变量喷雾系统.该系统采用传感器检测流量信息作为控制依据,运用单神经元自学习能力不断调整PID参数精确调控喷雾流量,实现变量调节快速稳定的目标.为验证本系统控制算法的实际变量控制效果,采用Matlab平...     

微槽透光板式光生物制氢反应器底物操作参数优化

从连续流产氢的目标出发,采用在高导光性载体表面刻制微槽的方法,构造了具有高比表面积的微槽透光板式光生物制氢反应器,完成了光合细菌的快速成膜并实现细胞固定化。用Box-Behnken的响应曲面分析方法,对影响微槽透光板式光生物制氢反应器连续流产氢性能的相关底物操作参数进行了3因素3水平的实验。结果表明,对反应器产氢速率的单因素影响显著顺序依次为水力停留时间、初始pH值和初始底物浓度。对反应器产氢速率具有显著交互作用的影响因素是初始底物浓度和初始pH值。当初始底物浓度、水力停留时间和初始pH值分别为54.3 mmol/L、21.5 h和7.1时,微槽透光板式光生物制氢反应器的产氢速率达到最大值2.242 mmol/(L·h)。     

不同管径水平管道气液两相流动数值模拟

为更好了解管道中的气液两相流运动过程,揭示气液在不透明管道中的分布规律及运动形态,提高管道自压输水在实际工程中的安全性.基于已有研究成果,应用Fluent软件进行三维水平管道的数值模拟研究,并分析了不同管径、流速下两相流流态,及压力、流速等各项水力要素的变化.结果表明:三维CFD模拟可较好地展示管道气液两相分布规律;增大液相折算速度可以发生流型的转化,随着管径的增大,气泡流-塞状流的过渡表现为更高的液相折算速度,从80 mm管道中的小于4 m/s过渡到160 mm管道中的4 m/s;随着液相折算速度和管径的减小,由气团引起的压力波动随之减小,其中2.8 m位置处的最大压差由9 439.2,12 826.5 Pa减小到9 136.0 Pa;管道上壁面流速下降梯度高于下壁面,且气泡越大,差值越明显.工程上认为若无法避免输水过程中的气体存在,采用较小的液相折算速度和管径时,由气团引起的压力波动随之变小,认为此时管道更为安全.     

常温下厌氧折流板反应器处理生活污水试验研究

试验考察常温条件下,分析了4格室厌氧折流板反应器（ABR）处理生活污水的效果。研究结果表明：水力停留时间（HRT）为3~15 h,随着HRT增加,对COD去除效果逐渐提高,当HRT为12 h以上时,对COD去除率可达到85%以上;在试验容积负荷范围内与进水COD浓度范围内,ABR反应器对COD去除影响较小;各格室出水C...